肿瘤微环境调控重振免疫治疗：时空与系统水平视角下的主导耐药轴框架

《Signal Transduction and Targeted Therapy》：Reinvigorating immunotherapy: harnessing tumor microenvironment modulation for enhanced cancer treatment

　　

癌症免疫治疗已改变了多种恶性肿瘤的治疗模式，但原发性和获得性耐药仍是获得持久临床获益的主要障碍。越来越多的证据表明，免疫治疗失败很少由单一机制引起，而是源于肿瘤微环境（tumor microenvironment, TME）内的动态相互作用。单细胞（single-cell）、空间多组学（spatial multiomics）和纵向分析（longitudinal profiling）的最新进展揭示了TME介导耐药性的复杂组织结构，该结构可被概念化为三个相互关联的抑制模块：肿瘤细胞内在模块（tumor-cell-intrinsic module）、髓系抑制网络（myeloid-suppressive networks）和基质屏障（stromal barriers）。这些模块的相对优势在不同空间生态位（spatial niches）、转移部位、疾病分期和治疗阶段间存在差异，从而导致了深刻的时空异质性以及主导耐药轴（dominant resistance axes）的动态重组。本综述提出了一个理解TME介导免疫治疗耐药的时空和系统水平框架。研究人员讨论了肿瘤细胞内在模块如何促进免疫逃逸，髓系抑制网络和基质屏障如何维持并放大免疫抑制，以及这些模块之间的互惠串扰（reciprocal crosstalk）如何产生前馈环路（feed-forward loops）以稳定耐药状态。研究人员还综述了重塑TME以增强免疫治疗疗效的临床策略，并讨论了与TME重塑相关的机遇与挑战，包括安全性考量、新兴生物标志物（biomarkers）以及合理的联合策略。研究人员提出，未来的TME靶向治疗应从以组分为导向的干预措施转变为由主导耐药轴指导的动态和机制匹配策略，这一方法旨在促进更精准、更持久的癌症免疫治疗的开发。

**引言**

免疫治疗（包括免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitors, ICIs）、过继细胞转移和肿瘤疫苗）已改变多种恶性肿瘤的治疗格局，但原发性与获得性耐药仍是核心挑战。TME是由恶性细胞、固有与适应性免疫细胞、成纤维细胞、血管区室、细胞外基质（extracellular matrix, ECM）及多种细胞因子、趋化因子和代谢信号组成的复杂生态系统，其相互作用决定抗肿瘤免疫的维持或抑制，且呈现显著的时空异质性。为解析TME介导的耐药，研究人员将其组织为三个相互关联的抑制模块：肿瘤细胞内在模块、髓系抑制网络与基质屏障。主导耐药轴（dominant resistance axis）指在特定病灶与治疗阶段对免疫耐药功能贡献最大的模块及相关机制。

**免疫抑制性TME的时空组织**

空间上，肿瘤中心常叠加肿瘤内在与髓系程序且效应淋巴细胞呈功能耗竭；侵袭边缘为基质与髓系程序（CAFs、M2样TAMs、MDSCs）共同占优势的动态界面；肿瘤基质以基质屏障为主；三级淋巴结构（tertiary lymphoid structures, TLSs）的价值取决于其成熟状态。空间转录组学揭示了跨区域通信，如透明细胞肾细胞癌中POSTN⁺ CAFs与APOE⁺ TAMs构成排除CD8⁺ T细胞的肿瘤-免疫屏障。原发灶与转移灶差异显著：原发胰腺癌富纤维化、缺氧生态型，转移灶呈低纤维化、高增殖特征。功能上，TME分为免疫炎症型、免疫排斥型与免疫荒漠型三种表型。时间上，食管鳞状细胞癌（esophageal squamous cell carcinoma, ESCC）经历了从正常上皮期少量SPP1⁺巨噬细胞出现，到瘤变期JAG1/NOTCH1信号驱动成纤维细胞转化为CAFs，再到浸润期CAF-上皮生态位与SPP1⁺巨噬细胞经RARRES2/CMKLR1等轴协作、经COL1A1/COL1A2/COL3A1沉积形成物理屏障的阶段性重塑。纵向研究显示治疗可协调重塑肿瘤、髓系、基质与适应性免疫状态，且耐药可源于细胞状态与微环境重塑而非大规模克隆更替。

**主导耐药轴的动态重组**

三个抑制模块的相对重要性因病灶、空间区域、疾病分期和治疗阶段而异，主导耐药轴应被视为病灶和阶段特异性功能属性而非固定的患者水平分类。动态重组不一定是完全更替，而是包括既有机制的相对再加权、共同占优势抑制程序的出现，以及主要约束缓解后次要屏障的暴露。当前证据不支持存在普适性分子开关；治疗干预可通过表型重塑、补偿性细胞募集（如CSF-1R阻断后CXCR2依赖性中性粒细胞募集）和旁路信号激活（如胶质母细胞瘤中IGF-1R/PI3K信号）重构耐药轴。纵向评估对于区分这些重组状态至关重要。

**解析TME时空异质性的技术进步**

空间多组学将TME分析从单一细胞群测量推向多细胞生态位和空间组织化耐药模块的表征，揭示了非小细胞肺癌（non-small cell lung cancer, NSCLC）中SPP1⁺巨噬细胞与COL11A1⁺ CAFs协同促进胶原沉积的治疗相关空间屏障。单细胞谱系追踪提供了时间维度，揭示早期肺腺癌中KRAS^G12D突变细胞先激活成纤维细胞、再经TNC/TLR4信号重塑肺泡巨噬细胞的层级性跨区室重塑，证明成纤维细胞重塑先于巨噬细胞重塑。类器官共培养系统支持实验扰动，证实局部微环境线索（缺氧、TGF-β、IL-1β等）而非发育起源决定髓系程序。各技术均有固有局限，需空间多组学识别候选生态位、谱系分析确立时间起源、类器官系统验证功能依赖的整合策略。

**肿瘤细胞内在模块：免疫逃逸的发起者**

肿瘤内在免疫逃逸可归为四个维度：免疫可见度降低（MHC-I抗原呈递机器缺陷，涉及B2M、TAP和NLRC5）、致癌与肿瘤抑制因子通路失调（HER2、EGFR、KRAS、TP53、PTEN）、代谢重编程和表型可塑性（EMT、癌症干细胞（cancer stem cell, CSC）样状态）。糖酵解增强上调PD-L1，乳酸经K280位赖氨酸乳酸化稳定PD-L1表达，并经启动子组蛋白乳酸化上调CXCL1促进中性粒细胞募集；ACAT2抑制可破坏肿瘤与TAM之间的胆固醇代谢共生。表型可塑性赋予免疫原性降低、治疗抗性和旁分泌信号三重优势，但其高度动态性使直接靶向困难。临床转化方面，HER2靶向联合免疫治疗最成熟（KEYNOTE-811）；EGFR联合因间质性肺病和肝毒性等安全性问题证据不一且高度依赖情境；KRAS与TP53靶向尚处早期，面临获得性耐药、旁路激活和EMT/CSC状态生物标志物不稳定等局限。

**髓系区室：局部免疫抑制的主要执行者**

髓系区室由肿瘤来源因子（IL-1、IL-6、IL-8、CCL2、CSF-1、GM-CSF、G-CSF）诱导异常骨髓造血而形成，包含粒细胞、树突状细胞（dendritic cells, DCs）、TAMs和MDSCs。TAMs呈TREM2⁺、SPP1⁺、CXCL9/10⁺等状态，其中SPP1⁺与TREM2⁺功能高度情境依赖，提示治疗应重编程而非无差别清除。髓系回路驱动免疫抵抗的机制包括：CCL2/CCR2与CSF-1/CSF-1R轴介导的异常募集与积累（存在补偿性募集问题）；缺氧与乳酸驱动的可塑性；IL-10及PD-1、MARCO、TREM2、TIM-3等免疫检查点表达；CD47/SIRPα、MHC-I/LILRB1和CD24/Siglec-10等"don't eat me"信号介导的吞噬抑制（但存在贫血、血小板减少及吞噬后重编程限制）。临床方面，TLR9在黑色素瘤中最成熟但III期未显示获益；CD40相对成熟；CD47/SIRPα受血液学毒性限制；CSF-1/CSF-1R因补偿性中性粒细胞募集和脱靶效应临床活性有限；CCR2/CCR5在胰腺导管腺癌（pancreatic ductal adenocarcinoma, PDAC）中最具前景。

**基质区室：抗肿瘤免疫的结构与功能屏障**

基质区室由ECM、肿瘤相关血管、CAFs、周细胞和内皮细胞组成。myoCAFs分泌胶原等形成限制T细胞迁移的物理屏障，FAP⁺ CAFs通过内肽酶活性驱动纤维性免疫排斥，DDR1介导的胶原排列限制T细胞穿透，胶原-CD18/LAIR1信号促进CD8⁺ T细胞耗竭；CAFs还经CXCL12（招募Treg）、IL-6/STAT3（诱导MDSC分化）和TGF-β（CAF激活、ECM沉积、T细胞排斥）建立免疫抑制微环境。但αSMA⁺或FAP⁺ CAFs的简单耗竭可被补偿性混合CAF群或基质重塑抵消，甚至促进肿瘤侵袭，故应鉴定并重编程特定CAF状态。血管正常化优于单纯抗血管生成，但需把握治疗窗口。临床方面，VEGF/VEGFR抑制最成熟（肾细胞癌、肝细胞癌）；TGF-β靶向（bintrafusp alfa）因患者选择与机制未对齐而失败；FAP靶向（simlukafusp alfa联合atezolizumab）在鳞癌中显示初步活性但证据有限。

**三个抑制模块间的串扰**

肿瘤细胞内在模块常作为上游驱动者：KRAS突变诱导GM-CSF分泌促进MDSC募集，并诱导IL-33产生驱动基质重塑；肿瘤来源乳酸经组蛋白乳酸化上调CXCL1、激活ACAT2促进M2样极化，并经α-KG/P4HA1促进ECM自主合成。髓系-基质共生形成促纤维生态型：CTHRC1⁺ CAFs与SLPI⁺巨噬细胞组成的生态型在肿瘤前沿形成物理边界，FAP⁺ CAFs与SPP1⁺巨噬细胞在结直肠癌中紧密共定位；THBS2⁺ CAFs经补体C3募集组织驻留巨噬细胞，CD36⁺ CAFs经巨噬细胞移动抑制因子精确募集MDSCs。TAMs亦反向诱导胶原交联，基质硬度经Piezo1依赖Ca²⁺内流重编程TAMs。前馈环路中，IL-6/JAK/STAT3轴为中心分子驱动者：STAT3激活进一步驱动IL-6转录，CAF与TAM经IL-6互相激活STAT3，MEK与STAT3联合抑制可克服耐药。三模块还汇聚于适应性免疫细胞：肿瘤来源乳酸塑造高FOXP3表达的Treg，黑色素瘤WNT/β-catenin信号减少CCL4依赖的Batf3谱系DC募集从而限制T细胞启动。

**TME靶向治疗的安全性考量、生物标志物指导分层与合理联合设计**

安全性风险包括：全身免疫激活（TLR、STING、CD40等靶点在正常组织广泛分布，可致细胞因子释放和肝毒性）；靶向/脱瘤毒性（pexidartinib在III期研究中肝毒性发生率达95%，CD47阻断导致贫血和血小板减少）；适应性/非预期TME重塑（替代性抑制细胞募集、旁路趋化因子激活、基质过度破坏及血管抑制的剂量依赖双相效应）。主导耐药轴的识别需整合分子信号通路激活、细胞/空间状态存在与抗肿瘤免疫功能缺陷三类证据；生物标志物面板应针对各轴设计（如髓系轴关注SPP1、TREM2、CSF-1R、CCL2/CCR2、IL-10等功能状态而非总巨噬细胞量），且需在病灶水平评估后再转化至患者级临床管理。合理联合设计需匹配免疫表型：免疫荒漠型需免疫启动策略，免疫排斥型需基质或血管重塑，炎症但受抑制型需选择性阻断主导抑制信号（如relatlimab联合纳武利尤单抗，但KEYNOTE-598表明需生物选择），治疗后耐药型需依据新出现的耐药机制进行序贯治疗。

**临床失败及其对TME靶向治疗的启示**

CSF-1R联合、bintrafusp alfa与TLR9激动剂（tilsotolimod）的后期临床失败表明：药代动力学改变不保证治疗获益；患者选择必须与耐药机制对齐（PD-L1表达不能替代TGF-β激活证据）；补偿性耐药和脱靶效应可削弱靶向活性，提示需要机制对齐的生物标志物、空间与纵向监测以及包含药代动力学确认重塑的适应性试验设计。

**结论与展望**

TME介导的免疫治疗耐药涉及肿瘤、髓系和基质区室之间协调且动态演变的相互作用。当前概念临床转化面临多重障碍：TME异质性和塑性使单一标志物不足；免疫抑制程序高度冗余和适应；CSF-1R、CD47、TGF-β等靶点在正常组织表达导致治疗窗口狭窄；临床失败表明靶点表达或通路调节单独不足以预测获益。未来TME靶向治疗需从静态靶点选择转向多维、纵向、病灶水平和机制匹配的干预：整合分子、细胞、空间与免疫功能证据评估耐药状态，优先选择性重编程或空间限制性调节而非无差别耗竭。未来五年的关键问题包括：能否以临床可行检测（FFPE兼容的靶向分子分析、多重成像和计算病理组合）可靠识别主导耐药轴；能否无创监测耐药机制的动态变化；能否空间限制TME重塑以拓宽治疗窗口；以及能否利用早期生物学变化指导治疗适应，最终推动更精准、更持久的癌症免疫治疗的发展。